厂拌热再生沥青混合料标准配合比设计.doc

厂拌热再生沥青混合料配合比设计 徐培华1 陈梁2 高文娟2 1、长安大学公路学院，陕西西安，710064 2、西安公路材料再生工程技术研究中心 陕西西安 710065摘 要：叙述厂拌热再生沥青混合料配合比设计问题，依次从配合比设计任务和具体步骤进行了全方面介绍，并提出关键控制点和配合比设计过程中需要继续研究和探讨问题。关键词：厂拌 热再生 混合料 配合比设计1.概述所谓厂拌热再生技术，是将旧沥青路面混合料切削回收，集中到再生拌和厂，再依据旧混合料技术性能改变，掺入不一样添加材料，然后拌和成符合路面技术性能要求再生混合料，运入施工现场，摊铺并碾压成为新沥青路面。厂拌再生技术在中国外应用很普遍，其施工机械为多台功效单一再生设备如路面铣削机(或冲击镐)、破碎筛分机、再生拌和机、运输厂拌设备、路面摊铺机及压路机等共同配合，完成全部再生作业。厂拌再生通常均采取热拌再生技术，再生混合料级配、新旧料掺配百分比、温度及拌和均匀程度等，均由再生拌和设备进行控制。所以，沥青路面厂拌再生混合料质量关键由再生拌和设备来实现和控制。再生沥青混合料，因用了一定数量旧路面材料，而使得在混合料组成设计方法上，有别于新沥青混合料。在进行再生混合料组成设计之前，首先须确定再生沥青混合料类型，对于高等级公路路面补修，通常来说，再生混合料类型要和原路面一致。当然，有时要依据路面病害形成原因、摊铺厚度限制、原材料不一样对矿料级配范围可作合适调整，但须试验论证。2.配合比设计任务和要求沥青混合料组成设计，要合理地确定旧料掺配率(利用率)；要依据旧料老化程度确定是否要掺加再生剂，并确定其掺加数量；要确定旧沥青和新沥青配合比，使调配而成再生沥青含有适合粘度，并在性能上能取得某种程度改善，以满足路用要求；要依据再生路面结构类型和旧料级配情况调整再生混合料集料级配，以满足混合料在强度、抗滑、防渗、稳定等方面要求。2.1厂拌热再生混合料配合比设计关键任务确定旧路面材料掺配百分比； 选择再生剂和新沥青材料，并确定其用量； 选择集料，确定新旧集料配合百分比；检验再生沥青品质，并确定再生混合料最好油石比； 依据路用要求，检验再生混合料物理力学性质。2.2 厂拌热再生混合料配合比设计基础要求 再生混合料配合比设计并不是单纯技术问题，它包含很多原因考虑。正确而合理地设计再生混合料，必需事先应有充足调查资料，了解相关道路历史和交通发展前景，依据对再生混合料技术经济要求来进行设计，这些技术经济要求是：再生混合料必需含有足够强度和热稳定性，夏季高温下不出现泛油、推挤、拥包和车辙。 再生混合料含有良好低温抗裂性。为此，要求混合料在低温下表现为很好抗变形能力，较高抗弯拉强度和较低弯拉模量。 再生沥青路面应含有足够抗滑性和防渗性。 再生沥青路面应含有良好抗老化能力，路面经久耐用。 尽可能多地使用旧路面材料，提升旧料掺配率，最大程度地节省沥青和砂石材料。3.旧料掺配率确实定 旧料掺配率是旧料占整个再生混合料重量百分率，即式中：旧料掺配率，%； O再生混合料中旧料重量，kg； R再生混合料重量，kg。 旧料掺配率确实定，取决于对很多原因考虑，关键有以下几方面原因：3.1废旧沥青路面材料品质 旧料经过抽提试验，取得了相关旧沥青及旧集料资料，即可对旧料品质作出评价。若旧沥青老化严重，粘度很高，沥青质含量又多(如超出15%)，流变指数很小(如低于0.4)，则说明旧沥青品质很差，必需使用富芳香分油料作再生剂，不然，再生效果将很差。若将这种旧料用于路面面层，则应选择较低掺配率。假如原沥青路面是采取优质沥青铺筑，虽经多年使用，但旧沥青老化不严重，或即使粘度变得很高，但仍含有良好流变性质，则可取用较高旧料掺配率。 旧料沥青含量较低，再生利用时必需添加较多新沥青，当旧料掺配率较低时，再生沥青性质关键取决于新沥青性质。在此情况下，旧料基础可作为集料看待。在级配调整可能范围内，能够使用较多旧料。 旧料中集料品质、级配好坏，往往也影响掺配率抉择，若旧集料是风化软质石料，或集料过粗，或细料过多，则再生利用时宜取用较低掺配率。3.2再生混合料用途及其质量要求 在高等级公路路面养护施工中，再生沥青混合料直接用于路面面层时，要求再生混合料含有良好品质，旧料掺配率宜取较低值，如30%40%；若在低等级公路路面养护中，旧料掺配率可取较高值，如50%80%。 现各地铺筑再生沥青路面，为适应大交通量要求，常做成双层路面结构，立即再生层铺筑于路面下层，上面加铺全新混合料面层(封层或罩面)。对于这种再生路面结构，可合适放宽对再生混合料质量要求，旧料掺配率可取高值。3.3施工条件 采取机械拌制再生混合料，旧料掺配率将受到机械工作方法和旧料加热方法限制。比如，采取间歇式拌和机拌制再生混合料，新集料在干燥筒内过热，温度达240左右，然后进入拌和缸，加入旧料，旧料借助于热传导吸收新集料热量而升温，为了确保再生混合料出料温度不过低，则必需限制旧料掺配率，通常不超出30%；如旧料在进入拌和缸前，经过预热(通常预热温度不超出100)，旧料掺配率可合适提升至40%。 采取滚筒式拌和机拌制再生混合料，依据滚筒式拌和机不一样改装方法，旧料掺配率能够达从40%至60%不等。3.4沥青和砂石材料供给 在沥青和砂石材料供给困难，资金短缺情况下，有时为了处理近期内路面工程改建、维修，以满足交通运输要求，可稍稍放宽对再生混合料品质要求，如采取将再生层铺筑在路面下层，以求提升旧料掺配率，节省沥青和砂石材料，降低工程投资。总而言之，确保再生混合料质量，最大程度地节省沥青和砂石材料，争取尽可能高经济效益和社会效益，是确定旧料掺配率基础标准。4.再生剂选择和用量确实定4.1再生剂选择 当回收旧沥青材料其针人度小于沥青路面要求沥青最稠针入度，即旧沥青针人度小于40(110mm)时，宜考虑使用再生剂。选择再生剂，包含选择再生剂品种和选择再生剂粘度。4.1.1选择再生剂品种 若依据再生混合料使用要求，只要求再生剂能够软化旧沥青，调整其粘度，而不要求改善其性能，在这种情况下，可任意选择多种低粘度沥青料作再生剂，如润滑沥青、抽出油及其废料，而不管其芳香分或饱和分含量怎样。 若依据再生混合料使用要求，不仅要求再生剂能够调整旧沥青粘度，而且要求对旧沥青路用性质有所改善，则必需依据旧沥青质含量多少，选择芳香分含量足够多油料作再生剂。4.1.2选择再生剂粘度 粘度较低再生剂含有较强渗透能力，老化脆硬旧路面材料，宜选择粘度较低(0.5Pa.s)油料作再生剂。反之，则可选择粘度在O.520Pa.s范围内油料作再生剂。4.2再生剂用量确实定 再生剂用量和旧沥青粘度、再生混合料设计粘度和再生剂本身粘度相关。旧沥青粘度和再生剂粘度由试验测得。旧沥青用再生剂调配后粘度PR，依据混合料设计要求确定。再生剂用量x由式(5-13)经验算后求得。即：4.3掺加再生剂后旧料沥青含量 旧路面材料若先用再生剂软化，旧料沥青含量所以而发生改变，则应计入再生剂所增加油量，对此可按下式计算掺加再生剂后旧料沥青含量。式中：旧料掺人再生剂后沥青含量，%； 旧料沥青含量，%； x再生剂配合比。5.新沥青材料选择和用量确实定5.1新沥青材料选择 拌制再生混合料时，添加新沥青材料目标在于补充混合料所需结合料，使混合料总沥青结合料含量达成最好状态；同时，它还在某种程度上调整旧沥青粘度，改善旧沥青性质。 新沥青材料，应含有良好温度稳定性，和集料有良好粘附性和耐老化等性能。通常，应尤其注意沥青材料延性。延性好沥青其路用性能肯定是比很好，而且其流变性质也比很好，因为延性好沥青其流变指数全部比较高。 新沥青材料粘度，以再生沥青设计粘度作为选择依据。若旧料先用再生剂软化，则新沥青材料粘度基础上就能够取用和再生沥青设计粘度一样标号。若旧料不先用再生剂软化，而是直接用新沥青材料调整旧沥青粘度，则新沥青针入度能够按下式计算：式中：Pb新沥青材料针人度，110mm； PR再生沥青针入度，110mm； 0旧沥青针入度，110mm； x新沥青材料掺配百分比，以小数计； A常数，A=46569。5.2新沥青用量确实定 新沥青材料掺配百分比由下式计算确定：式中：x新沥青材料掺配百分比； 再生沥青混合料沥青含量，%； 旧料沥青含量(若旧料先用再生剂软化，则式中以替换)，%； 旧料掺配率，%。6.再生沥青性能控制和预估 在实际拌制再生混合料时，即使不可能直接得悉旧沥青和新沥青(必需时还有再生剂)混合交融情况，然而却并不能所以而忽略再生沥青品质，因为这是控制再生沥青和再生沥青混合料性能基础依据。6.1再生沥青设计粘度(PR)确实定 再生沥青设计粘度随混合料类型、当地气候条件、交通性质和施工条件而异。在气候暖热地域，用于交通繁重高等级路面再生混合料，其设计粘度应采取较小针人度，如针入度50、70等；反之，则采取较大针入度，如针入度90、110等。 确定再生沥青设计粘度和确定全新混合料沥青标号一样，能够参考公路沥青路面施工技术规范(JTJ 032)要求选择沥青标号后，进行再生混合料配合比设计。6.2再生沥青粘度测试和预估在通常情况下，往往是已经测得旧沥青针人度，同时依据沥青材料可能供给情况，也已选定了新沥青标号，并测得新沥青针入度；假如使用再生剂，则也测得再生剂粘度。在进行配合设计时，必需知道在确定设计配合比情况下再生沥青粘度，对此可经过试验直接测得。6.3再生沥青延度预估 由经验得悉,沥青延性优劣，在很大程度上反应沥青路用具质好坏。旧沥青经过再生剂、新沥青调配后，其延度可能达成怎样水平，一样是判定再生沥青质量标准之一。 对于质量很好旧沥青，依据实际情况，采取性能优越再生剂，此时可不考虑旧沥青延度。中国现在生产沥青质量不一，旧路再生所用再生剂又无统一规格，这么所调配再生沥青其质量就有好有差，故有必需对再生沥青延度进行预估，或经过试验直接测试，以了解再生沥青品质。6.4再生沥青质量标准 国外对再生沥青大多未提出专门质量标准，中国也一样如此。然而，既然对再生沥青粘度(或针入度)和延度全部可由试验室直接测得，或用计算预估方法求得，那么对于再生沥青品质就需要有一个质量标准来加以评定。譬如，假如再生沥青既含有合适粘度，又含有良好延性，则表明再生沥青品质优良，所拌再生沥青混合料也必将含有良好路用性能，就可用于交通量较大道路作面层，并期望取得耐久使用寿命。反之，若再生沥青粘度即使被调配至合适范围，但延性很差，则表明再生沥青品质不良，于是所拌制、再生沥青混合料就不一定适于铺筑路面面层，或只宜用于路面下层。可见，确定衡量再生沥青品质标准是有必需。 中国现有道路沥青技术规范，能够作为再生沥青评定标准。当然，再生沥青毕竟不一样于新沥青材料，无须对全部技术项目全部进行评定，而只要针对再生沥青关键技术指标加以对照评定就行了。有技术规范作为评定标准，就能对再生沥青品质作出合适评价，并进而对再生沥青路面结构作出合理设计。譬如，依据公路沥青路面施工技术规范对不符合技术标准沥青使用要求：对于针入度符适宜当标号，软化点低于50，延度大于20cm沥青材料，只能修筑适于交通量为3000辆d以下沥青面层，而不能用于修筑高等级公路防滑层和封层。对新沥青材料有这种要求，那么对于再生沥青当然也应遵照这一要求。 假如再生沥青质量不符合要求，而依据路面结构设计需要，能够考虑采取改性沥青材料和其它技术方法。7.再生混合料集料技术要求7.1集料要求 沥青路面在自然原因和行车荷载反复作用下，引发粒料疲惫、损伤和破碎，旧路面材料经过铣刨、破碎，筛分分级，集料级配发生改变，全部必需添加新集料重新调整级配，以满足不一样类型混合料对集料级配要求。为了确保再生沥青混合料含有良好技术性能，在材料选择和配合比设计上，应高度重视。因为旧沥青路面材料性能不一样程度衰退，需要经过掺配优质、坚硬、棱角分明集料来改善混合料性质。 碎石必需含有足够强度，以承受行车荷载作用。碎石颗粒应有良好形状，以靠近立方体为准，方便形成嵌挤强度。针状和片针颗粒含量应不超出15%。 碎石和沥青材料要有良好粘结力，通常以水煮法评定，其粘结力宜在5级以上，故宜选择碱性石料。碱性石料硬度改变较大，为确保路面有足够耐磨性，应尽可能选择硬质石料。必需时，也能够掺入部分酸性石料，以提升集料耐磨性。 风化石料或软质石料，易被压碎，且不耐磨，不得用于拌制面层混合料。集料中风化软质石料含量，能够采取压碎值试验和硫酸钠溶液浸泡试验加以检验。压碎值在沥青路面施工技术规范有要求：硫酸钠溶液浸泡五次循环，其重量损失小于12%。 砾石表面圆滑，颗粒之间摩阻力小，不能形成足够嵌挤强度在行车作用下很轻易发生活动，使路面产生推移和变形。若必需使用时，宜将砾石加以破碎，以增加棱角，提升嵌挤能力。 砂在混合料中起填充粗粒料空隙、提升混合料强度和稳定性作用。砂应含有棱角，质地坚硬，不得使用风化砂。 机制石屑有丰富棱角，可提升混合料内摩阻力。通常采取石屑和砂掺合使用。7.2再生混合料集料级配标准再生混合料集料级配标准可采取全新混合料级配标准，不另立新标准。近几年来，中国各地所铺再生路面，全部是以现行沥青路面施工技术规范要求级配标准为设计依据。表、表以山西省某段高速公路沥青路面AC-16再生混合料为例，介绍其掺配不一样百分比废旧料时新料级配百分比和再生混合料级配组成。表4 掺配不一样百分比废旧料再生混合料级配组成表5 掺配不一样百分比废旧料时新料级配组成7.3集料配合方法 再生混合料集料配合任务在于确定旧集料和各档新集料配合百分比，使混合集料符合设计要求。不过，和全新混合料集料配合设计不一样是，旧集料配合百分比在确定旧料掺配率时就已经被确定。所以，再生混合料集料配合比设计，不像全新混合料集料配合有那么大自由度。集料配合设计时，应先将旧集料颗粒级配对照设计级配范围进行比较分析，方便知道粗料或细料是多还是少，从而确定各档新集料大致配合百分比。比较直观方法是在级配曲线图中进行比较。 在有些情况下，根据旧集料和现场所备新集料不管怎样调整其配合比，全部不能符合设计级配要求，这时就不能仅局限在新集料配合比上调整，应采取其它方法。如将新集料重新过筛，筛去部分粗料或细料，即调整新集料本身级配，这么将很轻易满足设计级配要求。 有时对旧料掺配率略作合适调整，如稍增加或降低旧料掺配率，也能有利于调整好级配。旧料掺配率调整后，必需对前面再生沥青混合料配合及其粘度等指标重新加以验算，看其有没有显著改变。由此可见，再生混合料配合比设计，必需在旧料掺配率、集料级配、再生沥青性能等几方面进行折衷平衡，才能最终加以确定。8.再生沥青混合料沥青含量确实定确定再生沥青混合料沥青含量，实际上是确定再生混合料所需添加新沥青数量。所谓沥青混合料最好沥青含量，是指确保混合料含有良好路用性能所必需沥青含量。譬如，能够确保混合料压实后含有足够强度和稳定性；能够充足裹附集料表面，填充集料空隙并又留有一定空隙；能够确保沥青路面在冬季低温下有足够柔韧性；能够有利于拌和、压实。含有良好施工和易性等。沥青混合料沥青含量是沥青结合料占整个混合料重量百分率。油石比即沥青和混合料中集料重量之比。它们二者之间有以下关系：或式中：i沥青混合料中沥青含量，%； r沥青混合料油石比；%。8.1经验公式估算法对于规模不大沥青路面工程，沥青混合料用油量能够采取经验公式计算确定，即使是用试验方法确定混合料用油量，也往往需要先用经验公式进行估算。美国沥青协会经验公式式中：Pc沥青结合料占整个混合料重量百分率，即沥青含量，%； A大于2.5mm集料重量百分率，%； 0.0742.5mm集料重量百分率，%； C小于0.074mm集料重量百分率，%； F修正系数，其数值在0%2.0%范围内，它取决于集料吸油能力，该公式是以集料平均相对密度在2.602.70为基础，在缺乏具体数据时，通常可取F=0.7%1.0%; m和C相关系数：C=11%15%，m=015；C=6%10%，m=018；C15%，m=0.20%。 日本沥青路面设计规范经验公式式中：P沥青占混合料总重百分率，即沥青含量,%； a大于2.5mm集料重量百分率，%； b0.32.5mm集料重量百分率，%； c0.0740.3mm集料重量百分率，%； d小于O.074mm集料重量百分率，%。8.2马歇尔试验法中国广泛采取马歇尔试验方法来确定沥青混合料用油量。再生沥青路面出现，中国外很多人对马歇尔试验方法能否适适用于再生沥青混合料产生了疑义。这是因为马歇尔试验稳定度标准值只有最小值，而未限制最高值。对于老化严重脆硬旧沥青路面材料，倘若不用再生剂使之软化，而直接用高粘度沥青拌和成混合料，则马歇尔稳定度往往会很高，且旧料掺配率越大，其稳定度越高，但这并不说明再生混合料含有良好品质，相反，用这种混合料铺筑路面面层，会造成过早地出现龟裂。所以，用马歇尔试验法确定再生沥青混合料用油量不尽如人意。然而，迄今为止中国外还未研究出愈加好试验方法来替换马歇尔试验法。现在，很多欧美国家、日本全部仍然使用马歇尔试验法确定再生混合料沥青含量。中国这几年铺筑再生沥青路面实践也证实，马歇尔试验方法仍然不失为一个很好试验方法。这是因为马歇尔试验方法所用设备简单，便于为试验者所掌握，同时还因为长久以来积累了丰富经验和资料。旧路面材料再生利用，若在应用马歇尔试验方法确定再生混合料用油量同时，充足注意到旧沥青材料再生，依据再生混合料使用要求，合适地使用再生剂，改善混合料拌制工艺条件，那么所确定用油量是能够令人满意。